https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/59727
Title: | Influence of zirconium doping on the dielectric properties of hafnium oxide films |
Other Titles: | Влияние легирования цирконием на диэлектрические свойства пленок оксида гафния |
Authors: | Golosov, D. A. Zhang, J. Zavadski, S. M. Melnikov, S. N. Doan, H. T. Alexandrovitch, P. A. |
Keywords: | доклады БГУИР;hafnium oxide;reactive magnetron sputtering;dielectric properties |
Issue Date: | 2025 |
Publisher: | БГУИР |
Citation: | Influence of zirconium doping on the dielectric properties of hafnium oxide films = Влияние легирования цирконием на диэлектрические свойства пленок оксида гафния / Golosov D. A., Zhang J., Zavadski S. M. [et al.] // Доклады БГУИР. – 2025. – Т. 23, № 2. – С. 12–19. |
Abstract: | A comparison of the dielectric characteristics (relative permittivity, dielectric loss tangent, band gap, leakage current and breakdown voltage) of hafnium and hafnium-zirconium oxide films was carried out. It isshown that pulsed reactive magnetron sputtering of a Hf target in an Ar/O2 working gas environment can be used to obtain HfOx films with a relative permittivity of ε = 12.5–16.0 and ε = 12.0–14.0 at frequencies of F = 1 kHz and F = 1 MHz, respectively, with a dielectric loss tangent of tgα = 0.012–0.022 (F = 1 kHz) and tgα = 0.053–0.062 (F = 1 MHz), a leakage current density of JL = (1.0–3.0) ⋅ 10–3 A/m2 at an electric field strength of E = 5 ⋅ 107 V/m, with a band gap of Eg = 5.85–5.87 eV and a breakdown field strength of Ebr = (2.1–2.4) ⋅ 108 V/m. Doping of hafnium oxide with zirconium (40 at.%) made it possible to reduce the dielectric loss tangent to 0.008–0.012 (F = 1 kHz) and to 0.04–0.05 (F = 1 MHz), the leakage current density to (3–5) ⋅ 10–5 A/m2, and increase the breakdown voltage to (2.5–3.0) ⋅ 108 V/m. At the same time, a slight increase in the relative permittivity of the films to 14–16 was observed at frequencies of 1 kHz and 1 MHz due to a decrease in frequency dispersion from 1.15 to values less than 1.10 and an increase in Eg to 5.86–5.89 eV |
Alternative abstract: | Проведено сравнение диэлектрических характеристик (относительной диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь, ширины запрещенной зоны, тока утечки и пробивного напряжения) пленок оксидов гафния и гафния-циркония. Показано, что импульсным реактивным магнетронным распылением Hf-мишени в среде рабочих газов Ar/O2 могут быть получены пленки HfOx с относительной диэлектрической проницаемостью ε = 12,5–16,0 и ε = 12,0–14,0 на частотах F = 1 кГц и F = 1 МГц соответственно, с тангенсом угла диэлектрических потерь tgϕ = 0,012–0,022 (F = 1 кГц) и tgϕ = 0,053–0,062 (F = 1 МГц), плотностью тока утечки JL = (1,0–3,0) ⋅ 10–3 A/м2 при напряженности электрического поля E = 5 ⋅ 107 В/м, с шириной запрещенной зоны Eg = 5,85–5,87 эВ и напряженностью поля пробоя Eпр = (2,1–2,4) ⋅ 108 В/м. Легирование оксида гафния цирконием (40 ат.%) позволило уменьшить тангенс угла диэлектрических потерь до 0,008–0,012 (F = 1 кГц) и до 0,04–0,05 (F = 1 МГц), плотность тока утечки – до (3–5) ⋅ 10–5 А/м2, увеличить пробивное напряжение до (2,5–3,0) ⋅ 108 В/м. При этом наблюдалось незначительное повышение относительной диэлектрической проницаемости пленок до 14–16 на частотах 1 кГц и 1 МГц за счет уменьшения частотной дисперсии от 1,15 до значений менее 1,10 и увеличения Eg до 5,86–5,89 эВ |
URI: | https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/59727 |
DOI: | http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2025-23-2-12-19 |
Appears in Collections: | Том 23, № 2 |
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
Golosov_Vliyanie.pdf | 661.71 kB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.